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2008-03-12 電子時報
產業瞭望－LED背光區域控制技術符合潮流所需
對應LCD TV低耗電量及高畫質需求 優於其它背光技術
林芬卉／DIGITIME
雖目前LCD TV用LED背光成本仍高，然其被認為是繼筆記型電腦(NB)用LED背光源後，下一波在LCD TV上主力發展的背光源，尤其是直下式LED背光搭配Local Dimming技術，其好處是可大幅降低耗電量、提高顯示畫面對比值、灰階數、及減少殘影等，為其它背光源難以取代之處。
所謂Local Dimming，為LCD顯示器背光源可作到不同區域、不同程度輝度明暗變化的技術，故又稱為區域控制技術。Local Dimming廣義而言，大致可區分3大類，分別為0次元(0D)、1次元(1D)、2次元(2D)Dimming，其所對應的背光源分別平面光源(FFL及OLED)、CCFL(或與CCFL相似的EEFL)、及LED，而能將Local Dimming技術發揮到最佳的效果則屬2D Dimming。
為何LED是目前背光源中，能將Local Dimming發揮到最好的光源？原因是平面光源發光方式不是整片點亮，就是整片變暗，其背光無法作到小區塊、且不同輝度變化；CCFL或EEFL為直線光源，以32吋TV用LCD面板為例，大部分需使用12根CCFL燈管，若真的要作到Local Dimming，最多也只能畫分為12個區塊，且CCFL光源最大問題是點滅速度不夠快，若強力驅動其開關的速度，則會減損CCFL壽命。
相對的，直下式排列的LED背光，尤其是low-power LED，因使用顆數多(三星46吋TV用LCD使用1,500顆白光LED)，且呈矩陣式排列，理論上每顆LED可視為1區域控制的小單位，故LCD TV若要導入區域控制技術，目前最佳背光源則非low-power LED莫屬。
LED背光2D Dimming區域控制 可大幅降低耗電量 提升LCD顯示器畫質
為何2D Dimming區域控制可大幅降低LCD顯示器耗電量？因不論是平面光源、CCFL或者是EEFL，其背光源一般皆處在全亮狀態，當顯示暗態畫面時，是以降低液晶穿透率達成，故對於耗電量減低完全沒有幫助。相對的，2D Dimming則模擬自發光顯示器，如PDP顯示器的各個畫素發光亮度是隨畫面明暗而變化，故在顯示暗態畫面時，LED亮度隨之降低，故可減少整體背光源的耗電量。
日本電氣通信大學則針對不同型態背光源，來量測同一顯示畫面耗電量情形，其以量測「日落」畫面為例，倘若0D Dimming平均耗電量為100%時，1D Dimming為43%，而2D Dimming型態背光源平均耗電量最低，僅43%。
2D Dimming區域控制除可降低耗電量，亦可改善LCD顯示器畫質表現，眾所熟知例子即為可大幅提高動態對比值。以三星目前積極推出的直下式白光LED背光LCD TV為例，其動態對比值高達50萬:1，而先前大型顯示器展中，其它廠商更展示百萬:1以上的動態對比值。
然而LED背光對於LCD顯示器畫質提升不僅於此，因LED光源可藉由調光方式，提升LCD顯示器的灰階數(所謂灰階，是表示各種顏色在最暗色與最亮色中間不同色階變化)。一般商品化LCD TV機種灰階僅為8bits(即255個灰階)，倘若LED背光可調為3bits(即2的3次方)層次的輝度，2者組合後，整體LCD顯示器灰階可達11 btis。
倘若撇開上述LED背光複雜的多階輝度變化，單單是LED光源快速點滅特性，對於LCD顯示器動態畫面品質改善，亦多有幫助。傳統CCFL背光源因持續點亮緣故，以移動中的球為例，眼睛所看到的物體易有「晃動」、「拖影」感覺；相對的，當LED背光源模擬CRT顯示器脈衝式發光，即背光源採間歇性點滅方式，故當LED背光源在即短時間turn off時，即遮住快速移動物體所產生的拖影畫面，故所呈現畫質較為清楚。
LED背光區域控制面臨課題
然而LED背光區域控制技術並非完全沒有缺點，其存在以下課題尚待解決。
一是LED背光區域控制系統複雜。原因是LED密度要夠高，才能做較細部的區域控制設計，故一般會採用low-power LED。然當LCD尺寸大型化時，low-power LED使用顆數將更多，使得區域控制系統複雜度隨之提高，尤其採多階段輝度控制，其難度又高於僅1~2階段輝度控制者。
二是LED輝度明暗的控制速度能否跟得上輸入信號的變化。尤其是TV畫面多為動態影像，考驗上述2者協調性、能否同步運作。
三是有漏光情形出現。尤其是當畫面背景為黑色、前景為明亮物體時(例如一輪明月高掛黑色天空)，雖LED輝度會隨上述畫面不同明暗而作輝度調整，然在物體與背景交界處，仍不可避免會有暈輪情形產生。尤其當明亮物體在移動時，若LED背光輝度無法即時改變，則無法呈現畫面原需表現的輝度。
雖LED背光2D Dimming區域控制仍存在些許缺點，然在LCD TV整體耗電量中，以背光模組所佔比重最大，為66%，而在LCD TV大型化後，因需更高亮度顯示畫面，又耗電量與亮度正比，故所耗電力反較PDP TV多，故以節能角度來看，LED背光區域控制是許多顯示器相關業者認為可大幅降低耗電量的發展方向，再者，其所衍生的提升畫質優勢，可謂是目前所有背光源中，最佳解決方案。
產業瞭望－LED背光區域控制技術符合潮流所需
對應LCD TV低耗電量及高畫質需求 優於其它背光技術
林芬卉／DIGITIME
雖目前LCD TV用LED背光成本仍高，然其被認為是繼筆記型電腦(NB)用LED背光源後，下一波在LCD TV上主力發展的背光源，尤其是直下式LED背光搭配Local Dimming技術，其好處是可大幅降低耗電量、提高顯示畫面對比值、灰階數、及減少殘影等，為其它背光源難以取代之處。
所謂Local Dimming，為LCD顯示器背光源可作到不同區域、不同程度輝度明暗變化的技術，故又稱為區域控制技術。Local Dimming廣義而言，大致可區分3大類，分別為0次元(0D)、1次元(1D)、2次元(2D)Dimming，其所對應的背光源分別平面光源(FFL及OLED)、CCFL(或與CCFL相似的EEFL)、及LED，而能將Local Dimming技術發揮到最佳的效果則屬2D Dimming。
為何LED是目前背光源中，能將Local Dimming發揮到最好的光源？原因是平面光源發光方式不是整片點亮，就是整片變暗，其背光無法作到小區塊、且不同輝度變化；CCFL或EEFL為直線光源，以32吋TV用LCD面板為例，大部分需使用12根CCFL燈管，若真的要作到Local Dimming，最多也只能畫分為12個區塊，且CCFL光源最大問題是點滅速度不夠快，若強力驅動其開關的速度，則會減損CCFL壽命。
相對的，直下式排列的LED背光，尤其是low-power LED，因使用顆數多(三星46吋TV用LCD使用1,500顆白光LED)，且呈矩陣式排列，理論上每顆LED可視為1區域控制的小單位，故LCD TV若要導入區域控制技術，目前最佳背光源則非low-power LED莫屬。
LED背光2D Dimming區域控制 可大幅降低耗電量 提升LCD顯示器畫質
為何2D Dimming區域控制可大幅降低LCD顯示器耗電量？因不論是平面光源、CCFL或者是EEFL，其背光源一般皆處在全亮狀態，當顯示暗態畫面時，是以降低液晶穿透率達成，故對於耗電量減低完全沒有幫助。相對的，2D Dimming則模擬自發光顯示器，如PDP顯示器的各個畫素發光亮度是隨畫面明暗而變化，故在顯示暗態畫面時，LED亮度隨之降低，故可減少整體背光源的耗電量。
日本電氣通信大學則針對不同型態背光源，來量測同一顯示畫面耗電量情形，其以量測「日落」畫面為例，倘若0D Dimming平均耗電量為100%時，1D Dimming為43%，而2D Dimming型態背光源平均耗電量最低，僅43%。
2D Dimming區域控制除可降低耗電量，亦可改善LCD顯示器畫質表現，眾所熟知例子即為可大幅提高動態對比值。以三星目前積極推出的直下式白光LED背光LCD TV為例，其動態對比值高達50萬:1，而先前大型顯示器展中，其它廠商更展示百萬:1以上的動態對比值。
然而LED背光對於LCD顯示器畫質提升不僅於此，因LED光源可藉由調光方式，提升LCD顯示器的灰階數(所謂灰階，是表示各種顏色在最暗色與最亮色中間不同色階變化)。一般商品化LCD TV機種灰階僅為8bits(即255個灰階)，倘若LED背光可調為3bits(即2的3次方)層次的輝度，2者組合後，整體LCD顯示器灰階可達11 btis。
倘若撇開上述LED背光複雜的多階輝度變化，單單是LED光源快速點滅特性，對於LCD顯示器動態畫面品質改善，亦多有幫助。傳統CCFL背光源因持續點亮緣故，以移動中的球為例，眼睛所看到的物體易有「晃動」、「拖影」感覺；相對的，當LED背光源模擬CRT顯示器脈衝式發光，即背光源採間歇性點滅方式，故當LED背光源在即短時間turn off時，即遮住快速移動物體所產生的拖影畫面，故所呈現畫質較為清楚。
LED背光區域控制面臨課題
然而LED背光區域控制技術並非完全沒有缺點，其存在以下課題尚待解決。
一是LED背光區域控制系統複雜。原因是LED密度要夠高，才能做較細部的區域控制設計，故一般會採用low-power LED。然當LCD尺寸大型化時，low-power LED使用顆數將更多，使得區域控制系統複雜度隨之提高，尤其採多階段輝度控制，其難度又高於僅1~2階段輝度控制者。
二是LED輝度明暗的控制速度能否跟得上輸入信號的變化。尤其是TV畫面多為動態影像，考驗上述2者協調性、能否同步運作。
三是有漏光情形出現。尤其是當畫面背景為黑色、前景為明亮物體時(例如一輪明月高掛黑色天空)，雖LED輝度會隨上述畫面不同明暗而作輝度調整，然在物體與背景交界處，仍不可避免會有暈輪情形產生。尤其當明亮物體在移動時，若LED背光輝度無法即時改變，則無法呈現畫面原需表現的輝度。
雖LED背光2D Dimming區域控制仍存在些許缺點，然在LCD TV整體耗電量中，以背光模組所佔比重最大，為66%，而在LCD TV大型化後，因需更高亮度顯示畫面，又耗電量與亮度正比，故所耗電力反較PDP TV多，故以節能角度來看，LED背光區域控制是許多顯示器相關業者認為可大幅降低耗電量的發展方向，再者，其所衍生的提升畫質優勢，可謂是目前所有背光源中，最佳解決方案。
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